回填区锚索成孔跟管施工技术

余 进 富， 唐 志 强

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610066)



回填区锚索成孔跟管施工技术

余 进 富， 唐 志 强

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

剑阁县西城客专站前广场采用抗滑桩锚索等锚拉支护结构。由于所处部位地质情况较复杂，土层松散、地下水较丰富，在加固施工中，常常会遇到塌孔而导致二次钻孔或无法成功钻孔，减慢了工程进度，浪费了工程成本。针对上述问题，在现场锚索钻孔施工中采取跟管钻进工艺，防止了孔壁的坍塌；同时采用适宜的钻灌参数保证了工程的顺利进行。锚索采用回旋取芯成孔，孔径均为150 mm，锚固段长度为10 000～12 000 mm不等，锚索采用3～7束φ15.2钢绞线组成，验孔合格后采用由人工缓缓将锚索放入孔内的方式安装，注浆材料采用M30水泥砂浆。

锚索成孔； 跟管； 施工；抗滑桩

1 工程概况

西成客专剑门关站站前广场片区建设项目采用“PPP”模式建设，由中国水利水电第五工程局有限公司作为社会资本方与政府委托的剑阁县瑞峰投资发展有限公司共同进行建设。项目建设地点位于广元市剑阁县新县城下寺村组团，地处剑门关风景区北入口，建成后将会成为具有交通换乘、旅游集散、站前服务等功能的综合交通枢纽。

该项目建设的主要内容为“1+3”配套市政基础设施项目，即：站前广场、站前广场配套市政道路、温泉路、西成客专剑门关站站前广场片区建设用地场平工程等四部分。

勘察结果表明：拟建场地勘探深度范围内揭露地层为第四系全新统植物层(Q4pd)、第四系全新统人工填土层(Q4ml)、第四系全新统坡洪积层(Q4dl+pl)、侏罗系中统沙溪庙组基岩(J2s)，即由耕土、杂填土、素填土、粉质黏土、块石、泥岩和砂岩组成。

拟建场地的水文地质情况为地表水和地下水，地表水主要表现为场地南侧一条沟渠，沟渠内水深为0.5～1 m，局部地段断流。场地地下水类型为上层滞水、孔隙潜水和赋存于基岩中的裂隙水。

该工程支护结构形式采用抗滑桩+预应力锚索。

2 施工工艺的选择

目前锚索钻孔跟进套管施工常用的工法分为UPVC套管跟进与钢套管跟进两种，前者主要适用于边坡无地下水系存在以及干法成孔施工；后者主要适用于边坡地下水丰富及湿法成孔作业。

由于施工现场图纸比较复杂，土层较为松散且地层孔隙水比较丰富，在成孔过程中，边钻边塌孔现象严重。该工程结合施工现场实际情况，最终选定湿法作业钢套管跟进施工工艺。

3 锚索成孔跟管的施工流程

锚索成孔跟管的施工流程见图1。

图1 施工工艺流程图

4 锚索施工

4.1 施工方法

在钻孔过程中，采用钢套管跟进钻孔，使用回旋钻取芯成孔，直至穿越松散或地下水丰富且易塌孔部位；每节钢套管长度为1 550 mm，每节钢套管采用丝口对接，钢套管壁厚定位为10 mm。

(1)锚孔的测放。

根据各工点工程立面图，按设计要求将锚孔位置准确测放在坡面上，孔位误差不得超过±20 mm。如遇刷方坡面不平顺或特殊困难场地时，需经设计监理单位认可，在确保坡体稳定和结构安全的前提下，适当放宽定位精度或调整锚孔定位。

(2)钻机就位。

锚孔钻进施工需搭设满足承载能力和稳固条件的脚手架，根据坡面测放孔位，准确安装并固定钻机，严格认真地进行机位调整角度，确保锚孔开钻就位纵横误差满足规范要求。

(3)钢套管的安装。

安装第一节钻杆后安装首节带牙套管，然后将带牙套管对准所要施工的锚索孔位。套管直径偏差小于10 cm。

(4)钻进方式。

钻孔要求采用空气压缩机风动钻进，禁止采用水冲钻进，确保锚索施工不致于恶化工程地质条件并保证孔壁的粘结性能。钻孔速度根据所使用钻机的性能和锚固地层控制，防止钻孔扭曲和变径，造成下锚困难或其它意外事故。

(5)钻进过程。

钻进过程中，对每个孔的地层变化、钻进状态(钻压、钻速)、地下水等情况作好施工记录。如遇塌孔、缩孔等不良钻进现象时，立即停钻，及时进行固壁灌浆处理(灌浆压力为0.1～0.2 MPa)，待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进。

(6)孔位孔深。

钻孔孔位、孔深、斜度应符合设计要求。为确保锚孔直径，要求实际使用钻头直径不得小于设计孔径。为确保锚孔深度，钻孔孔深应不小于设计孔深并且实际钻孔深度应大于锚索设计长度0.5 m以上。

(7)锚孔清理。

钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻1～2 min，防止孔底尖灭、达不到设计孔径。在钻孔完成后，使用高压空气将孔内的岩粉及水体全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁土体的粘结强度。除相对坚硬完整之岩体外，不得采用高压水冲洗。若遇锚孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可安装锚索与注浆，必要时在周围适当部位设置排水孔进行处理。如果设计要求处理锚孔内部积聚的水体，一般采用灌浆封堵二次钻进等方法进行处理。

(8)锚孔检验。

孔径、孔深的检查一般采用设计孔径、钻头和标准钻杆在现场监理旁站的条件下验孔，要求验孔过程中钻头平顺推进，不产生冲击或抖动，钻具验收长度满足设计锚孔深度，退钻要求顺畅，用高压风吹验不存在明显的飞溅尘渣及水体现象；同时要求复查锚孔孔位、倾角和方位，全部锚孔施工分项工作合格后，即可认为锚孔钻造检验合格。

(9)锚索体的制作及安装。

安装前，要确保每根钢绞线顺直，不扭不分叉，排列均匀，除锈、除油污，将有死弯、机械损伤及锈坑处剔出。锚索在锚固端，架线环和紧固环每隔0.75 m间隔设置，使锚索居中，自由端每隔2 m设置一道架线环以保证钢绞线顺直，并涂强力防腐涂料，套φ20～22PVC管，套管两端10～20 cm长度范围内用黄油充填，外绕工程胶布固定。锚索的防锈、防腐处理需满足设计规范中提出的各项技术要求。锚头顶面必须与锚索轴线垂直。安装锚索体前再次认真核对锚孔编号，确认其无误后再用高压风吹孔，人工缓缓将锚索体放入孔内，用钢尺量出孔外露出的钢绞线长度，计算孔内锚索长度(将误差控制在50 mm范围内)，确保锚固长度。

(10)锚固注浆。

将自由段涂满防锈油，套上波纹管，管内注满黄油并严格封闭两端。注浆采用一次注浆、孔底返浆法，一次性将锚索的锚固段和张拉段注满，不能留空隙。砂浆经试验比选后确定施工配合比。实际注浆量一般要大于理论注浆量，或以锚具排气孔不再排气且孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准。注浆结束后，将注浆管、注浆枪和注浆套管清洗干净。施工过程中，做好注浆记录。

(11)锚索张拉及锁定、封锚。

锚索张拉须在孔内砂浆及外锚头等达到设计强度后进行。首先通过现场张拉试验确定张拉锁定工艺。锚索的张拉及锁定分级进行，严格按照操作规程执行。在设计张拉完成6～10 d后再进行一次补偿张拉，然后加以锁定。

补偿张拉后，从锚具量起，留出长5～10 cm钢绞线，将其余部分截去(须用机械切割，严禁电弧烧割)。最后用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，然后对锚头采用强度不低于20 MPa的混凝土进行封锚，防止锈蚀并兼顾美观。

4.2 施工要点

施工前应做好工作面周围截、排水沟等排水措施，以防水流冲刷影响施工。

锚索孔按设计图纸布置的孔位精确定位，垂直方向与水平方向的距离误差小于0.02 m；将钻孔的倾角及水平角误差控制在1°以下，孔斜率小于1/50。

钻机机台保持稳定牢固，在钻孔反推力作用下仍能保证钻机稳定和钻孔方向；钻孔施工尽量不扰动钻孔周围的土层，钻孔结束后，从孔底向外继续清孔至少10 min。

锚索材料应确保达到设计强度要求。钢绞线按设计长度用无齿锯锯断并清除其上的油污、锈斑后再进行防腐处理。自由段涂防腐剂后，用无氯石油沥青涂刷，待沥青硬化后，再涂黄油套塑料螺旋套管。制好后的锚索禁止直接放在泥土上，以防污染。

对水泥砂浆的质量严格掌握。搅拌好的砂浆要再次过筛，以免水泥结块堵塞管路；注浆采用底孔注浆法，从孔底开始注浆。注浆时缓慢搅拌砂浆，直到注浆结束，砂浆灌注饱满密实。注浆材料固化前，禁止移动锚索。

张拉前检查锚头等设备，确认合格后清污除锈。张拉前对张拉千斤顶油泵进行标定，给出千斤顶出力与压力表指示压强曲线。

正式施工前，按设计要求选取6个锚索孔进行拉拔试验，以求出水泥砂浆与孔壁的实际剪切强度，校验设计选取参数。试验中，对锚索各部分变位性状做详细记录，根据试验结果确认设计荷载是否安全。拉拔、张拉试验时，应有设计、监理人员参加。

预应力锚索施工时特别需要注意安全，严格加强现场安全管理，严格操作规程，以免发生危险，确保施工安全。

4.3 施工中常见的问题及采取的解决措施

锚固效果及锚固质量除受钢绞线、锚具、灌浆等施工材料的质量控制外，更多依赖于对施工的过程控制。随着造孔技术、张拉设备、钢绞线材料和锚固工艺的技术进步，使预应力锚索的锚固效果有了进一步的提高，但预应力锚索本身属于隐蔽工程，在锚索施工完成后，除了检测锚索外，缺乏更好的检测和评价手段，特别是在边坡锚索施工中，由于不可控制的因素很多，更容易影响锚索的锚固效果。

4.3.1 锚固段锚固力不足

当锚固段地质条件与设计采用的参数有较大差距时，导致锚固段锚固深度不够或锚固段有不利结构面或灌浆质量控制不严格而导致锚固端没有达到密实灌注时都可能导致锚固力不够。在张拉过程中可能出现荷载加不上去，或钢绞线被拉出来，也可能发生锁定后锚具飞出的现象。采用的控制方法为：

(1)造孔过程中要求做好锚固段始末2处的岩粉采集，记录每一钻进的尺寸、回水颜色、钻进速度和岩粉记录等数据。若在锚固段发现软弱岩层、出水、落钻等异常现象，应及时调整处理，确保锚固段位于稳定的岩层中。

(2)灌注前应对浆液进行流动性和泌水性测定。

(3)为给锚索张拉提供依据，锚固段注浆时对每一根预应力锚索的灌浆浆液均取样做抗压强度试验，并要求在进行张拉时水泥浆结石强度不得低于设计强度的75%。

(4)采用排气法注浆，灌浆自动记录仪记录。锚固段和张拉段灌浆压力均为0.3～0.5 MPa，闭浆时间一般为15 min。灌浆结束标准：灌浆量大于理论吸浆量；回浆比重不小于进浆比重，且稳压15 min，孔内不再吸浆。

4.3.2 锚索偏心

由于施工精度控制不严会出现工作锚板与锚索偏心，从而影响张拉和锁定吨位，甚至造成锚索的失效，所采取的控制方法为：

(1)优先采用效率高且具有纠偏、除尘功能的潜孔钻机造孔，钻孔直径大于锚束直径40 mm以上，将方位角偏差控制在1°以内，开拉孔位偏差不大于10 mm，孔斜率小于1/50；要求锚索钻孔孔位及钻机方位采用全站仪放样，钻机倾角采用水平仪控制，以控制钻孔的方位及角度。

(2)在松散体中原则上采用套管跟进保护钻孔。

(3)在锚垫板与钻孔之间安装外径与钻孔直径相同的薄壁钢管，并需深入钻孔至少50～100 cm，薄壁钢管中心线应与锚孔轴线重合，钢管外端与承压锚垫板钢管焊接。锚垫板与锚孔轴线应保持垂直，误差不大于0.02 m。

5 结 语

锚索施工中，锚孔定位精度决定了坡体稳定和结构安全，是奠定工程质量的基础。锚孔钻进过程中，为确保锚索施工不致于恶化工程地质条件和孔壁的粘结性能，钻孔采用空气压缩机风动钻进。钻孔采用套管护壁，在松散土层和地下水位丰富的钻孔时有效避免了塌孔，提高了工作效率。在套管护壁保护下，避免了水泥砂浆在松散或在地下水丰富的部位流失，亦保证了水泥砂浆结石的形状、强度和握裹力，同时确保了支护工程的工程质量。锚孔采用空压机清孔，不需要制备泥浆，从而大大减少了泥浆对环境的污染。锚索采用3～7束φ15.2钢绞线组成，制作时做好了防锈措施并保证了锚索的张拉性。锚索张拉须在孔内砂浆及外锚头达到设计强度后进行，然后加以锁定，最后对锚头采用不低于20 MPa的混凝土封锚，防止锈蚀并兼顾美观。

[1] CECS 22：2005，岩土锚杆(索)技术规程[S].

(责任编辑：李燕辉)

成都院勘测设计业务取得突破——首次中标新疆水电勘设合同

2015年5月，成都院获得亚曼苏水电站勘察设计合同。该工程的获得是成都院在新疆首个勘测设计项目，标志着成都院在优先发展国际业务、积极拓展基础设施领域的同时，巩固传统水电业务取得的又一重大成果；对促进成都院加快融入“一带一路”，提速进军新疆到中亚广阔市场步伐具有重要意义。亚曼苏水电站位于新疆托什干河下游河段的阿克苏地区乌什县境内，距县城约33公里，距阿克苏市约130公里，为托什干河流域规划2库11级中第9级克克机格代(9.7万千瓦)和第10级牙满苏(10.7万千瓦)两级水电站经过优化合并开发的一级水电站。电站装机容量为24.4万千瓦，由进水闸、引水明渠、前池、压力钢管、厂房、泄水槽及尾水渠等主要建筑物组成，采用引水式开发。亚曼苏水电站的中标，体现出成都院团队能力与综合实力，尤其是成都院在气垫式调压室设计领域具有的核心竞争力。

2015年1月底，成都院收到《华能托什干河亚曼苏水电站工程勘察设计招标文件》后及时召开会议，对招标文件进行深入讨论研究，组织相关专业人员远赴新疆进行查勘并与业主进行沟通，了解业主意图。在院技术经济委员会专家指导下，各专业紧密配合，积极开展工作，项目部在投标设计中采取了以下改进和优化措施：沿原轴线上移前池位置，减少前池基础填方高度；采用技术可行、经济较优的“两机一管”布置方式；将厂房向下游移动，减少开挖量，降低边坡及地下水高差；设置气垫式调压室，以满足机组调节保证计算；结合厂房布置，优化机电设备布置。

4月20日，华能集团在北京召开亚曼苏水电站开标会。中南院、西北院、清源公司、新疆院及成都院提交了有效投标文件。成都院在投标文件中提出了压力钢管型气垫式调压室，该方案具有结构型式新颖，受力清晰，安全可靠的优点。投标文件受到评标专家一致肯定，在所有参加投标单位中排名第一。

成都院开展的设计优化工作主要包括：

(1)压力前池位置向上游移约220 m后，解决了基础回填过高的问题。

(2)压力管道调整成“两机一管”，节省了工程量，优化了投资。

(3)厂区向下游移动700 m后，避免了“深基坑、超高地下水”问题。

(4)创造性地采用了压力钢管型气垫式调压室技术，调保计算满足要求。

亚曼苏水电站采用气垫式调压室方案，工程静态总投资在可研阶段为181 728.38万元，优化设计为172 632.25万元，节约投资9 096.13万元；工程总投资在可研阶段为199 185.05万元，优化设计为189 357.89万元，节约投资9 827.16万元。2015年8月5日至7日，中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司专家组在蓉对《新疆托什干河亚曼苏水电站可行性研究优化设计报告》进行审查。会议听取了成都院关于《可研优化报告》的汇报并分专业进行了交流和讨论。与会审查专家充分肯定了报告的设计成果，对报告的各部分内容提出了宝贵的修改建议。

2016年3月1日，亚曼苏水电站厂房开挖，标志着主体工程开工，工程在参建各方的努力下正在有序建设之中。目前，厂房基坑开挖深度约30 m，厂房尾水渠全线开挖，箱涵下游段尾水渠混凝土面板正在浇筑；厂区左侧防洪堤及右侧导洪堤基本施工完成；引水渠道防洪堤及排洪渡槽正在施工。亚曼苏水电站预计于2020年3月31日首台机组投产发电，2020年9月30日工程竣工。

2017-04-23

TV52;TV51

B

1001-2184(2017)03-0113-04

余进富(1979-)，男，四川绵阳人，项目副经理，工程师，从事项目管理及生产经营工作；

唐志强(1991-)，男，四川广安人，助理工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作.